DE3822344C2 - Device for measuring properties of a liquid which influence the dielectric behavior - Google Patents
Device for measuring properties of a liquid which influence the dielectric behaviorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von das dielektrische Verhalten beeinflussenden Eigenschaften von Flüs sigkeiten, insbesondere der Stoffzusammensetzung.The invention relates to a device for measuring the properties of rivers influencing dielectric behavior liquids, especially the composition of matter.
Diese Messung wird z. B. benötigt zum Überwachen und automatischen Nachregulieren des Alkoholgehaltes von Alkohol- Wasser- Mischun gen, wie sie als sog. Feuchtemittel in Druckereien verwendet werden.This measurement is e.g. B. needed for monitoring and automatic Readjustment of the alcohol content of alcohol-water mixtures conditions as they are used as so-called dampening solutions in print shops will.
Nach dem Stand der Technik wird dies mit Hilfe eines Schwimmers oder Aerometers bewerkstelligt, welcher auf die Änder ung des spezifischen Gewichts aufgrund des Alkoholgehaltes rea giert und je nach seiner Eintauchtiefe einen Schalter auslöst. Der Nachteil hierbei ist die hohe Störanfälligkeit gegenüber Verschmutzungen, Luftbeimischungen und mechanischen Bewegungen. Außerdem ist ein genaues Ablesen der Meßwerte schlecht möglich.According to the state of the art, this is done using a Swimmers or aerometers accomplished, which on the changes of the specific weight due to the alcohol content rea and triggers a switch depending on its immersion depth. The disadvantage here is the high susceptibility to interference Contamination, air admixtures and mechanical movements. In addition, it is difficult to read the measured values accurately.
DE 33 35 882 A1 beschreibt einen Teilchenanalysator zum Messen von in Flüssigkeiten suspendierten Teilchen, und Maßnahmen zur Verengung des verwendeten elektrische Abtastfeldes. Die Funktion dabei ist, feinere Teilchen in höherer Auflösung zu erkennen, ohne dabei die Durchström-Öffnung verkleinern zu müssen. Zur Messung von homogenen Flüssigkeits-Gemischen hat dies jedoch keine Relevanz.DE 33 35 882 A1 describes a particle analyzer for measurement of particles suspended in liquids, and measures for Narrowing of the electrical scanning field used. The function is to recognize finer particles in higher resolution without to have to reduce the throughflow opening. For measurement this does not have any of homogeneous liquid mixtures Relevance.
Es sind andere Verfahren bekannt, welche die Änderung der Dielektrizitätszahl ausnützen zum Ermitteln vom Wassergehalt eines Materials. Die DE 35 07 507 A1 beschreibt einen kapazitiven Geber für Feuchtemittel, welcher jedoch nicht geeignet ist zur Messung von Stoffzusammensetzung, sondern lediglich zur Füllstandsmessung. DE 35 18 186 A1 schreibt ein kapazitiv arbeitendes Verfahren zum Ermitteln des Wasser gehaltes in Alkohol, die DE-PS 20 02 168 eine Elektrodenvor richtung zur Messung von Öl-Wasser-Gemischen, die DE 24 33 740 A1 und DE 24 36 344 B2 beschreiben eine Sonde zur Messung des Wasser gehaltes in Butter. Die genannten Verfahren basieren jeweils auf Auswertung der an einer kapazitiven Vorrichtung auftreten den Kapazität. Diese Verfahren lassen sich jedoch nicht zur genauen Messung des Mischungsverhältnissen verwenden, wenn der Wasseranteil überwiegt und gleichzeitig das Wasser durch Zugabe verschiedener Salze oder Pufferchemikalien in seiner elek trischen Leitfähigkeit erhöht ist und daher die Messung der Kapazität störend beeinflußt.Other methods are known which change the Use the dielectric constant to determine the water content of a material. DE 35 07 507 A1 describes one capacitive donor for dampening solution, which however not is suitable for measuring substance composition, but only for level measurement. DE 35 18 186 A1 registers capacitive method for determining the water content in alcohol, DE-PS 20 02 168 an electrode Direction for measuring oil-water mixtures, DE 24 33 740 A1 and DE 24 36 344 B2 describe a probe for measuring the water contained in butter. The methods mentioned are based in each case occur on evaluation of a capacitive device the capacity. However, these procedures cannot be used Use exact measurement of the mixing ratios if the Water content predominates and at the same time the water by adding various salts or buffer chemicals in its elec tric conductivity is increased and therefore the measurement of Capacity disrupted.
Ein weiterer Nachteil ist die Tatsache, daß sich Verschmutzungen, z. B. Ölbeimengungen, an den Elektroden anlagern, haften bleiben und die Messung durch deren eigene Dielektrizitätszahl unkontrol lierbar verfälschen. Dies liegt daran, daß deren Dielektrizitäts zahl mit ca. 3 einen extrem verschiedenen Wert aufweist als die zu messende Flüssigkeit mit ca. 80, wenn diese zum größten Teil Wasser enthält, und sich als in Reihe liegende Isolation aus wirkt. Das gleiche gilt für Gasbläschen, die sich aus der Flüssigkeit abscheiden und an den Elektroden haften bleiben.Another disadvantage is the fact that dirt, e.g. B. oil admixtures, attach to the electrodes, stick and the measurement by their own dielectric constant is uncontrolled falsifiable. This is because their dielectric number with approximately 3 has an extremely different value than that Liquid to be measured with approx. 80, if this for the most part Contains water, and turns out to be insulation in series works. The same applies to gas bubbles that result from the Separate the liquid and stick to the electrodes.
Aufgabe der Erfindung ist ein Gerät, welches die genannten Nachteile nicht aufweist, keine bewegten Teile enthält und auch gegenüber Anlagerungen von Schmutz unempfindlich ist.The object of the invention is a device which the mentioned Does not have disadvantages, contains no moving parts and also is insensitive to deposits of dirt.
Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erzielt, daß in der kapazitiven Elektrodenvorrichtung mindestens ein elektrisch nichtleitender Körper, nachfolgend "Blende" genannt, vorhanden ist, der die Flüssigkeit berührt und der in einem Bereich des elektrischen Feldes angeordnet ist in der Weise, daß er eine Umlenkung, Verlängerung oder Verengung der Feldlinien bewirkt, um somit die Feldstärke an der Oberfläche der Elektroden zu verrin gern.This is achieved according to the present invention in that in the capacitive electrode device is at least one electrical non-conductive body, hereinafter referred to as "aperture" which touches the liquid and which is in an area of the electric field is arranged in such a way that it is a Redirection, extension or narrowing of the field lines causes to thus reducing the field strength on the surface of the electrodes gladly.
Der isolierende Körper als Blende zwischen den Elektroden bewirkte daß die Feldlinien auf dem in der Flüssigkeit gegebenen Weg von Elektrode zu Elektrode umgelenkt werden, und zwar zum Beispiel verlängert oder verengt. Dies bewirkt eine Verringerung der Feldstärke in der Nähe der Elektroden und an dessen Ober fläche: Bei relativ kleiner Kapazität ist eine im Prinzip beliebig große Oberfläche der Elektroden möglich. The insulating body as a screen between the electrodes caused the field lines on the given in the liquid To be deflected from electrode to electrode, namely to Example lengthened or narrowed. This causes a reduction the field strength near the electrodes and at their top area: in principle with a relatively small capacity any surface of the electrodes possible.
Hierdurch wird erreicht, daßThis ensures that
- 1. der Hauptanteil des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden sich in der Flüssigkeit aufbaut und nicht in der Nähe der Elektroden, und somit1. the main part of the electric field between the Electrodes build up in the liquid and not nearby of the electrodes, and thus
- 2. trotz der vergleichsweise hohen Dielektrizitätszahl der Flüssigkeit von etwa 80 auch bei hohem Wasseranteil die Feldstärke in der Nähe der Elektroden so stark abgeschwächt ist, daß anlagernde Verschmutzungen auf das Feld keinen wesentlichen Einfluß haben;2. Despite the comparatively high dielectric constant Liquid of about 80 even with a high water content Field strength near the electrodes has weakened so much that accumulating dirt on the field is not essential Have influence;
- 3. daß aufgrund dieser Abschwächung der Feldstärke die durch Salz oder Puffergehalt auftretende hohe Leitfähigkeit soweit reduziert ist, daß ihr Einfluß auf die Messung der Kapazität mithilfe einer Schaltung gemäß der Erfindung völlig ausgeglichen / kompensiert werden kann, und3. that due to this weakening of the field strength the high conductivity caused by salt or buffer content is so far reduced that its influence on the measurement of the Total capacity using a circuit according to the invention can be compensated / compensated, and
- 4. daß trotz dieser Abschwächung sich der Hauptanteil des Feldes in der Flüssigkeit aufbaut und nicht etwa in isolierenden Körpern, wie dies der Fall wäre, wenn die Elektroden mit elektrischer Isolierung umhüllt wären.4. that despite this weakening, the majority of the Field builds up in the liquid and not in insulating Bodies, as would be the case when using the electrodes electrical insulation would be covered.
Eine Möglichkeit zur Umlenkung kann wie im 1. Ausführungsbeispiel und gemäß Anspr. 2 und 3 durch eine Verengung der Feldlinien geschehen, indem die Feldlinien durch ein enges Loch einer Blende geführt werden, oder wie im 2. Ausführungsbeispiel, Anspr. 4 u. 5, durch Verlängerung der Feldlinien. Beides hat eine Verringer ung der Kapazität zwischen den Elektroden zur Folge und daher eine Absenkung der Feldstärke an den Elektroden und daher eine Absenkung von Stör- Einflüssen durch Verschmutzung der Elektro den. Die Verringerung der Kapazität wird hierbei nicht in erster Linie durch die in Reie liegende Kapazität eines Dielektrikums verursacht, wie es bei einer einfachen isolierenden Umhüllung der Elektroden der Fall wäre, sondern durch den unterschiedlichen Weg der Feldlinien im Meßgut. One way of redirection can be as in the first embodiment and according to claim 2 and 3 by narrowing the field lines done by drawing the field lines through a narrow hole in an aperture be performed, or as in the second embodiment, claims. 4 u. 5, by extending the field lines. Both have a decrease of the capacitance between the electrodes and therefore a decrease in the field strength at the electrodes and therefore a Reduction of interference caused by pollution of the electrical system the. The reduction in capacity is not the first Line through the capacitance of a dielectric in series caused, as is the case with a simple insulating covering of the Electrodes would be the case, but by the different path the field lines in the sample.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Messung unabhängig von Veränderungen des elektrischen Leitwertes, die durch verschiede nen Ionengehalt der Flüssigkeit verursacht werden und üblicher weise durch elektrische Dämpfung die Kapazitätsmessung stören.Another object of the invention is the measurement independent of Changes in the electrical conductance caused by various cause ionic content of the liquid and more common wise interfere with capacitance measurement by electrical damping.
Eine elektronische Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung Anspr. 6-10, ermöglicht die Auswertung der an der kapazitiven Vorrichtung anliegenden Kapazität, wobei die Stör-Einflüsse durch verschiedene Leitfähigkeiten der Flüssigkeiten ausgeglichen werden, indem die Phasenlage eines mit der Flüssigkeit gebildeten Schwingkreises gemessen wird und verglichen wird bei einer getakteten Bedämpfung des Schwingkreises.An electronic circuit according to the present invention Claim 6-10, enables the evaluation of the capacitive Device adjacent capacity, the interference influences balanced by different conductivities of the liquids be formed by the phase relationship of one with the liquid Resonant circuit is measured and compared at a clocked damping of the resonant circuit.
Erklärung eines Ausführungsbeispiels
(siehe Querschnittzeichnung Fig. 1):
Ein äußeres Metallrohr 11 dient als eine Elektrode. Koaxial darin
ist ein kleineres Metallrohr 12 als zweite Elektrode angeordnet.
Die beiden Blenden 14 und 15 sind isolierende Kunststoffscheiben
mit je einer Bohrung die das innere Rohr halten und es bis auf
zwei Öffnungen abdecken. Der Zwischenraum ist dicht ausgefüllt
durch das isolierende Füllmaterial 13. Beide Elektroden sind über
das geschirmte Kabel 16 mit der elektronischen Schaltung 30
verbunden. Die Feldlinien (gestrichelt gezeichnet) erfahren in
den Löchern der Blenden 14 und 15 eine Verengung, so daß der
Hauptanteil der Feldstärke in diesem Bereich liegt.
Explanation of an embodiment (see cross-sectional drawing Fig. 1):
An outer metal tube 11 serves as an electrode. A smaller metal tube 12 is arranged coaxially therein as a second electrode. The two panels 14 and 15 are insulating plastic disks, each with a hole that hold the inner tube and cover it except for two openings. The intermediate space is filled tightly by the insulating filler material 13 . Both electrodes are connected to the electronic circuit 30 via the shielded cable 16 . The field lines (drawn in broken lines) experience a narrowing in the holes in the diaphragms 14 and 15 , so that the majority of the field strength lies in this area.
Zweites Ausführungsbeispiel (gemäß Anspruch 4 und 5) siehe Fig. 2:
Ein äußeres Metallrohr 21 dient als die größere Elektrode und ist
auf der Innenseite mit dem isolierenden Rohr 23 ausgekleidet. Die
innere Elektrode 2 befindet sich im Innenraum, und ist über das
Kabel 26 angeschlossen. Der Innenraum ist mit der zu messenden
Flüssigkeit ausgefüllt. Indem die Fläche der Elektrode 21 bzw.
ihrer Abdeckung 23 wesentlich größer ist als der Abstand zur
inneren Elektrode 22, resultiert für die Feldlinien, daß sie sich
in einen wesentlich größeren Raum ausbreiten, als es ohne die
Isolation 23 der Fall wäre und in Fig 2b angedeutet ist.Second exemplary embodiment (according to claims 4 and 5) see FIG. 2:
An outer metal tube 21 serves as the larger electrode and is lined with the insulating tube 23 on the inside. The inner electrode 2 is located in the interior and is connected via the cable 26 . The interior is filled with the liquid to be measured. Since the area of the electrode 21 or its cover 23 is substantially larger than the distance to the inner electrode 22 , the result for the field lines is that they spread into a much larger space than would be the case without the insulation 23 and in FIG. 2 b is indicated.
Die Isolation 23 kann vorteilhafterweise etwas kürzer sein als das äußere Rohr 21, so daß die Feldlinien im Bereich der Rohrenden auch direkt in die Elektrode 21 münden. Hierdurch werden die Feldlinien unter Umgehung der Isolation auf einen längeren Weg gezwungen. The insulation 23 can advantageously be somewhat shorter than the outer tube 21 , so that the field lines in the region of the tube ends also open directly into the electrode 21 . This forces the field lines to go a long way, bypassing the isolation.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltung nach Ansprüchen 6 bis 9; Fig. 4 ist ein Zeigerdiagramm der Signale. Die kapazitive Vorrichtung bildet mit der Induktivität L einen Schwingkreis 31. Dieser ist mittels Kondensator 32 an den Hochfrequenzoszillator 33 lose angekoppelt. Die Spannungsdifferenz U 34 zwischen Oszillatorspannung U 33 und Schwingkreisspannung U 31 wird über den Gleichrichter 34 gemessen und im Verstärker 35 verstärkt. Wenn Schwingkreis und Oszillator aufeinander abgestimmt sind (Resonanzfall), hat die Spannung U 24 im Wesentlichen die gleiche Amplitude wie die Oszillator spannung U 33, da U 31 wegen der kapazitiven Ankopplung in seiner Phasenlage senkrecht zu U 33 steht und wesentlich kleiner ist. (Siehe Fig. 4.) Fig. 3 shows an embodiment of the circuit according to claims 6 to 9; Figure 4 is a vector pointer diagram. The capacitive device forms an oscillating circuit 31 with the inductance L. This is loosely coupled to the high-frequency oscillator 33 by means of a capacitor 32 . The voltage difference U 34 between the oscillator voltage U 33 and the resonant circuit voltage U 31 is measured via the rectifier 34 and amplified in the amplifier 35 . If the resonant circuit and the oscillator are matched to one another (resonance case), the voltage U 24 has essentially the same amplitude as the oscillator voltage U 33, since U 31 is perpendicular to U 33 due to the capacitive coupling and is significantly smaller. (See Fig. 4.)
In regelmäßigen Zeitabständen wird der Transistor 36, vom Langsamen Oszillator 37 angesteuert, leitend geschaltet so daß er den Schwingkreis 31 voll bedämpft und daher die Spannung U 31 abschaltet. Im Resonanzfall (bei 90 grad Phasenverschiebung) hat diese Bedämpfung wie oben geschildert keinen Einfluß auf die in 34 gemessene Amplitude. Wenn durch geänderte Stoffzusammensetzung in der kapazitiven Vorrichtung eine Veränderung der Kapazität eintritt, so wird die durch die Verstimmung resultierende Phasen verschiebung über Gleichrichter 34 und Verstärker 35 gemeldet als ein getakteter Amplitudensprung. Dieser wird im getakteten Gleichrichter 38 in eine Gleichspannung umgeformt und dem Regel verstärker 39 zugeführt. Dieser verstellt die Spannung der Kapazitätsdioden-Schaltung 40 und damit die Abstimmung des Krei ses 31 solange, bis die Resonanz wieder eingestellt ist. Hierbei ist die Ansteuerung der Kapazitätsdiode ein Maß für die gemessene Kapazität und somit für die Stoffzusammensetzung.At regular intervals, the transistor 36 , controlled by the slow oscillator 37 , is turned on so that it fully dampens the resonant circuit 31 and therefore switches off the voltage U 31. In the case of resonance (with a phase shift of 90 degrees), as described above, this damping has no influence on the amplitude measured in 34 . If a change in capacitance occurs due to the changed composition of matter in the capacitive device, the phase shift resulting from the detuning is reported via rectifier 34 and amplifier 35 as a clocked amplitude jump. This is converted into a DC voltage in the clocked rectifier 38 and fed to the control amplifier 39 . This adjusts the voltage of the capacitance diode circuit 40 and thus the tuning of the circuit 31 until the resonance is set again. The control of the capacitance diode is a measure of the measured capacitance and thus of the composition of the substance.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: CAPTRON ELECTRONIC FERTIGUNGS- UND VERTRIEBS GMBH, |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
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Owner name: CAPTRON ELECTRONIC FERTIGUNGS- UND VERTRIEBS GMBH, |
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